武科大《机械设计》课程设计讲稿1

1、一、一、课程设计的目的课程设计的目的机械设计课程设计是机械设计课程的一个教学实践环节，由此机械设计课程设计是机械设计课程的一个教学实践环节，由此获得全面的机械设计训练。获得全面的机械设计训练。其基本目的：其基本目的：1综合运用机械设计课程及前修课程所学知识去分析和解决综合运用机械设计课程及前修课程所学知识去分析和解决机械设计问题机械设计问题2学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用机械零部件、学习机械设计的一般方法，了解和掌握常用机械零部件、机械传动装置或简单机械的设计过程，培养正确的设计思想和机械传动装置或简单机械的设计过程，培养正确的设计思想和分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和零部件

2、设计的分析问题、解决问题的能力，特别是总体设计和零部件设计的能力能力3通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册及查阅有关通过计算和绘图，学会运用标准、规范、手册及查阅有关技术资料，培养机械设计的基本技能技术资料，培养机械设计的基本技能机械设计机械设计课程设计课程设计第一讲概述二、二、课程设计的方法课程设计的方法1独立思考，继承与创新独立思考，继承与创新2综合考虑机械零部件的强度、刚度、工艺性、经济性及维综合考虑机械零部件的强度、刚度、工艺性、经济性及维护等要求护等要求3采用采用“三边三边”设计方法：边计算、边画图、边修改设计方法：边计算、边画图、边修改三、三、课程设计的内容课程设计的内容（见课

3、程设计任务书见课程设计任务书）四、四、课程设计时间安排（第一周第三周，共课程设计时间安排（第一周第三周，共3周）周）第第1周周：完成初步计算和装配草图：完成初步计算和装配草图第第2周周：完成装配图和部分零件图（上机画图，采用：完成装配图和部分零件图（上机画图，采用CAXA）第第3周周：完成零件图和整理设计说明书（：完成零件图和整理设计说明书（34天）；答辩（天）；答辩（12天）天）五、五、成绩评定成绩评定1等级：优、良、中、及格、不及格等级：优、良、中、及格、不及格2评分标准：图纸，设计说明书，答辩，课设期间平时成绩评分标准：图纸，设计说明书，答辩，课设期间平时成绩（出勤及设计进度）综合评定（

4、出勤及设计进度）综合评定六、六、参考书参考书1唐增宝等主编，机械设计课程设计，华中科技大学出版唐增宝等主编，机械设计课程设计，华中科技大学出版社，社，1999年年2濮良贵等主编，机械设计，高等教育出版社，濮良贵等主编，机械设计，高等教育出版社，2001年年3廖汉元等主编，机械原理，机械工业出版社，廖汉元等主编，机械原理，机械工业出版社，2009年年机械设计机械设计课程设计任务书课程设计任务书一、一、设计题目设计题目设计一台冶金、矿山用带式运输机的动力及传动装置。设计一台冶金、矿山用带式运输机的动力及传动装置。已知：工作时有轻微振动，经常满载工作，单向运转，两班制已知：工作时有轻微振动，经常满载

5、工作，单向运转，两班制工作，工作年限工作，工作年限10年，大修期年，大修期3年，每年按年，每年按300天计。允许运输天计。允许运输带速度误差：带速度误差：5%，动力源为电力（三相交流，动力源为电力（三相交流220/380V）。）。运输带FV卷筒动力及传动装置三，三，设计任务设计任务1减速器装配图减速器装配图1张（张（A0）及装配草图）及装配草图1张（张（A1）；2零件图零件图2张（低速轴和低速级大齿轮零件图各张（低速轴和低速级大齿轮零件图各1张）张）3课程设计说明书课程设计说明书1份（按照规定的格式书写，并要求有份（按照规定的格式书写，并要求有必要的简图）必要的简图）四，四，设计要求设计要求1

6、，按国家标准的规定选择有关设计参数与标准零部件绘按国家标准的规定选择有关设计参数与标准零部件绘制装配图和零件图制装配图和零件图2，设计期间，设计者一律必须在设计室完成任务，否则设计期间，设计者一律必须在设计室完成任务，否则不给成绩。不给成绩。3，每完成一段任务，由指导教师审查每完成一段任务，由指导教师审查16.80.652201641.12320220.95310172.90.926033.50.96330182.41.25300153.31.4330302.41.4310序号序号F F(KN)V V(m/s)D D(mm)序号序号F F(KN)V V(m/s)D D(mm)二，原始数据：二，

7、原始数据：五，五，编写课程设计说明书内容：编写课程设计说明书内容：1，目录2，设计任务（附上课程设计任务书，注明自己的题号）3，机械传动装置的总体方案设计1）传动方案的分析及拟定2）选择电动机3）运动参数及动力参数的计算4）传动方案简图绘制4，齿轮传动设计计算（画出轮齿受力分析图）5，联轴器的选择计算6，轴的设计计算7，滚动轴承选择计算8，键的选择及计算9，润滑与密封设计10，减速器结构设计11，设计小结12，参考文献六，课程设计步骤：见1P2课程设计说明书封面第二讲第二讲机械传动装置的总体方案设计机械传动装置的总体方案设计主要内容：主要内容：确定传动具体方案，选电机，定传动比，计算传动确定传

8、动具体方案，选电机，定传动比，计算传动装置的运动和动力参数。装置的运动和动力参数。一、传动方案分析及设计一、传动方案分析及设计（见（见1P3）机器的组成：机器的组成：动力机传动装置工作机动力机：动力机：选用电动机选用电动机传动装置的作用：传动装置的作用：将动力部分的运动（将动力部分的运动（n,v）和动力）和动力(P,T)进进行转换传递给工作机（又称执行部分），以满足工作机的行转换传递给工作机（又称执行部分），以满足工作机的需要；传动装置的设计是传动方案设计的关键。需要；传动装置的设计是传动方案设计的关键。可传递运动和动力的机构有：可传递运动和动力的机构有：齿轮传动，带传动，蜗轮蜗杆传齿轮传动，

9、带传动，蜗轮蜗杆传动，链传动，凸轮机构，连杆机构动，链传动，凸轮机构，连杆机构等。等。各机构特点各机构特点（见见2P137），将这些机构有效的组合，满足工作），将这些机构有效的组合，满足工作机的需要，即为传动方案的拟定。机的需要，即为传动方案的拟定。1P4表表2-1给出了由多个齿轮机构组合成的多种传动方案（即常给出了由多个齿轮机构组合成的多种传动方案（即常用的减速器），可分析、比较其优缺点，确定较好的传动方案。用的减速器），可分析、比较其优缺点，确定较好的传动方案。传动方案设计依据：传动方案设计依据：首先满足工作机的功能要求；其次满足工首先满足工作机的功能要求；其次满足工作可靠、效率高、结构简

10、单、尺寸紧凑、重量轻、成本低、工作可靠、效率高、结构简单、尺寸紧凑、重量轻、成本低、工艺性好、使用维护方便等；确定传动方案时，应充分了解各传艺性好、使用维护方便等；确定传动方案时，应充分了解各传动机构的性能和特点，结合工作机的工作条件，对多种传动方动机构的性能和特点，结合工作机的工作条件，对多种传动方案进行分析比较，合理选择。案进行分析比较，合理选择。如下列出了带式运输机的如下列出了带式运输机的5种传动方案：种传动方案：方案分析比较：方案a)：带传动带传动+闭式齿轮传动闭式齿轮传动。带传动布置于高速级，发挥其传动平稳、缓冲吸振和过载保护特点，但此方案宽度较大，且带传动不适应繁重的工作要求及恶劣

11、的工作环境。方案b)：闭式蜗杆传动闭式蜗杆传动。结构紧凑，但传动效率低，功率损耗大，在长期连续运转中不经济。方案c)：锥齿轮锥齿轮+圆柱齿轮传动圆柱齿轮传动。横向结构较紧凑，适合布置在较狭窄的通道中，锥齿轮一般放在高速级（转矩T较小），可减小锥齿轮尺寸，便于加工；但锥齿轮加工较困难，加工成本高。方案d)：二级闭式圆柱齿轮传动二级闭式圆柱齿轮传动。适应在繁重及恶劣的工作条件下长期工作，使用维护方便，但结构较庞大。方案e)：开式齿轮传动开式齿轮传动+闭式齿轮传动闭式齿轮传动。成本较方案d)低，适应于繁重的工作条件，但多灰尘的环境对开式齿轮寿命有影响。综合以上方案特点，考虑工作条件及环境，初选方案综

12、合以上方案特点，考虑工作条件及环境，初选方案d)，二级，二级闭式圆柱齿轮传动。闭式圆柱齿轮传动。传动方案图如下：传动方案图如下：VF1.电动机 2.联轴器 3.两级圆柱齿轮减速器4.运输带 5.卷筒123452斜齿圆柱齿轮传动变位直齿圆柱齿轮传动二、选择电动机二、选择电动机(见见1P5)1电动机类型及转速：电动机类型及转速：三相交流电动机：三相交流电动机：Y系列：系列：（见（见1P149）YZ,YZR系列：系列：同步转速：一般选同步转速：一般选1500或或1000r/min2确定电动机功率和型号确定电动机功率和型号1）工作机所需功率）工作机所需功率Pw=FV/1000Kw2）电动机所需功率）电

13、动机所需功率Pd=Pw/传动装置总效率传动装置总效率=12n各传动副的效率各传动副的效率1、2n等见等见1P6表表2-23）电动机额定功率电动机额定功率Pe电动机所需功率电动机所需功率Pd,由此查由此查1P149选电选电动机型号动机型号记下：记下：电动机型号，额定功率电动机型号，额定功率Pe，满载转速，满载转速nm，电动机中心高，电动机中心高，外伸轴径和外伸轴长，供选联轴器和计算传动件用。外伸轴径和外伸轴长，供选联轴器和计算传动件用。VF三、确定总传动比三、确定总传动比I及分配传动比及分配传动比I=电机满载转速电机满载转速nm/工作机所需转速工作机所需转速nw,nw=601000V/（D）I=

14、i1i2各级传动比分配原则：各级传动比分配原则：（见（见1P7）1）满足推荐值范围（见）满足推荐值范围（见1P7表表2-3）；）；2）不发生干涉现象；）不发生干涉现象；3）等强度原则；）等强度原则；4）润滑合理）润滑合理推荐：推荐：i1=（1.31.4）i2四、运动参数及动力参数的计算四、运动参数及动力参数的计算（见（见1P8）1）计算各轴的转速计算各轴的转速n，输入功率，输入功率P，转矩，转矩T2）计算各级传动（高速级，低速级齿轮传动）的输入转速，计算各级传动（高速级，低速级齿轮传动）的输入转速，输入功率输入功率五、绘制传动方案简图：五、绘制传动方案简图：F=6000N电动机Y132M1-6

15、额定功率4KW，满载转速960rpmi1=4.989i2=4.019V=0.6m/s第三讲第三讲齿轮传动设计齿轮传动设计（见（见1P12）主要内容：高速、低速级齿轮传动设计计算主要内容：高速、低速级齿轮传动设计计算一、高速级齿轮传动设计计算一、高速级齿轮传动设计计算（斜齿圆柱齿轮传动设计计算）（斜齿圆柱齿轮传动设计计算）设计步骤设计步骤：参考教材：参考教材2例题例题10-2或课堂例题或课堂例题、作业作业二、低速级齿轮传动设计计算二、低速级齿轮传动设计计算（变位直齿齿轮变位直齿齿轮传动设计计算）传动设计计算）变位齿轮传动设计：变位齿轮传动设计：设计步骤设计步骤：参考教材：参考教材2第九版第九版,

16、例题例题10-1，教材教材3机械原理机械原理例题例题9-1三，注意事项1）变位系数的确定变位系数的确定:参考教材参考教材2第九版第九版,P2063）中心距中心距a如偏小，可能引起轴承端盖干涉，则可先估算一下轴承端如偏小，可能引起轴承端盖干涉，则可先估算一下轴承端盖的大小（即初定最小轴径，逐步加大，初定轴承，确定出轴承座孔径，盖的大小（即初定最小轴径，逐步加大，初定轴承，确定出轴承座孔径，初选轴承盖，即可定其大小）初选轴承盖，即可定其大小）P2114）考虑等强度设计时，则一般低速级齿轮模数高速级齿轮模数考虑等强度设计时，则一般低速级齿轮模数高速级齿轮模数第四讲第四讲轴系设计计算轴系设计计算一、一

17、、设计内容：设计内容：高、中、低速轴的结构设计和强度设计计算；各轴上的轴承、高、中、低速轴的结构设计和强度设计计算；各轴上的轴承、键、联轴器的设计键、联轴器的设计二、二、设计方法设计方法贯彻贯彻“三边三边”设计法，设计法，以轴为主线，考虑减速箱体结构，其它以轴为主线，考虑减速箱体结构，其它零件并行设计，各零件尺寸相互协调。零件并行设计，各零件尺寸相互协调。参考内容：参考内容：教材教材2第第15章轴；章轴；1P13P14；P24P29；图；图5-1；图；图5-5；图；图5-7；图；图5-8；图；图5-151表表5-1；图；图5-22三、三、初步结构设计初步结构设计设计步骤设计步骤：1设计前准备：

18、设计前准备：读懂图读懂图5-1（结构特点，各零部件作用）；（结构特点，各零部件作用）；图图5-22；弄清；弄清1P24表表5-1中各符号的意义及计算中各符号的意义及计算如：如：df；d1；d2的确定及螺栓扳手空间的确定及螺栓扳手空间c1,c2的确定的确定2，绘制减速器装配草图（一），绘制减速器装配草图（一）（见（见1P25）212箱体内壁箱体内壁1油润滑脂润滑由结构定二级圆柱齿轮减速器装配草图箱盖外壁见图5-83在草图（一）基础上绘出减速器装配草图（二）如下：在草图（一）基础上绘出减速器装配草图（二）如下：（见（见1P27图图5-7）LLL=1+C1+C2+511箱盖壁厚，查箱盖壁厚，查11表

19、表5-15-1 C1,C2 C1,C2轴承旁螺栓扳手空间轴承旁螺栓扳手空间( (凸缘尺寸凸缘尺寸) )，查，查11表表5-15-1轴承是脂润滑轴承是脂润滑:1015轴承是油润滑轴承是油润滑:35a箱体内壁30B-拆装空间8153min/nPCd高速轴高速轴1）轴的轴的径向尺寸径向尺寸确定确定（从最小轴径开始）（从最小轴径开始）（1）初估最小轴径初估最小轴径dmin考虑：考虑：轴上的联轴器及电机轴径，轴上的联轴器及电机轴径，再定再定dmin，联轴器的选择见1P13及教材2P348课堂习题箱体内壁箱盖外壁由结构定见图5-81油润滑脂润滑（2）逐步加大轴径逐步加大轴径（考虑轴上零件的定位、固定或区分

20、加工面、零件拆装需要）（考虑轴上零件的定位、固定或区分加工面、零件拆装需要）注意点：注意点：a)用于定位时，轴径变化大（用于定位时，轴径变化大（510mm）;否则变化小否则变化小b)滚动轴承的定位应查其标准滚动轴承的定位应查其标准c)有标准零件配合的轴径应取相应标准值有标准零件配合的轴径应取相应标准值（如：滚动轴承、联轴器处）（如：滚动轴承、联轴器处）d)由由d轴初选滚动轴承型号轴初选滚动轴承型号e)齿轮尺寸与轴径很接近（齿轮尺寸与轴径很接近（d1.8ds）时，）时，采用齿轮轴（见采用齿轮轴（见1P29)箱体内壁箱盖外壁由结构定见图5-81油润滑脂润滑以箱体内壁为基准以箱体内壁为基准（1）确定

21、轴承在轴承座孔内位置确定轴承在轴承座孔内位置（即定轴的支承点位置即定轴的支承点位置）箱体内壁箱盖外壁由结构定见图5-81油润滑脂润滑设计思路：设计思路：（边计算，边画图，边设计）（边计算，边画图，边设计）2）轴的轴的轴向尺寸轴向尺寸确定确定BCCmm及零件拆装空间间轴承旁联接螺栓扳手空）零件宽靠（轴长轴上零件的轴向定位可度）承，联轴器，齿轮等宽轴上零件的宽度（如轴润滑）轴承润滑方式（油或脂轴向尺寸取决于2132（2）确定轴承座孔长度确定轴承座孔长度L半联轴器距箱体内壁距离半联轴器距箱体内壁距离=L+e+3040mm,并演算空间并演算空间B是否足够是否足够e轴承端盖厚，查轴承端盖厚，查1P134

22、B考虑零件的拆装空间考虑零件的拆装空间（3）确定半联轴器的位置确定半联轴器的位置箱体内壁箱盖外壁由结构定见图5-81油润滑脂润滑LLL=1+C1+C2+51箱盖壁厚，查箱盖壁厚，查1表表5-1C1,C2轴承旁螺栓扳手空间轴承旁螺栓扳手空间(凸缘尺寸凸缘尺寸)，查，查1表表5-1中间轴和第三根轴中间轴和第三根轴设计设计:设计方法同上设计方法同上，考虑低速轴轴径不能过小而使刚度降低，考虑低速轴轴径不能过小而使刚度降低，则一般低速轴的则一般低速轴的dmin高速轴的高速轴的dmin+510mm高速轴：高速轴：1）轴的径向尺寸确定轴的径向尺寸确定（从最小轴径开始）（从最小轴径开始）（1）初估最小轴径初估

23、最小轴径dmin注：注：先选联轴器，再定先选联轴器，再定dmin，联轴器的选择见，联轴器的选择见1P13或课堂或课堂习题习题（2）逐步加大轴径（考虑轴上零件的定位、固定或区分加逐步加大轴径（考虑轴上零件的定位、固定或区分加工面、零件拆装需要）工面、零件拆装需要）注意点：注意点：a)用于定位时，轴径变化大（用于定位时，轴径变化大（510mm）;否则变化否则变化小（小（13mm）b)滚动轴承的定位应查其标准滚动轴承的定位应查其标准c)有标准零件配合的轴径应取相应标准值（如：滚有标准零件配合的轴径应取相应标准值（如：滚动轴承、联轴器处）动轴承、联轴器处）d)由由d轴初选滚动轴承型号轴初选滚动轴承型号

24、e)齿轮尺寸与轴径很接近（齿轮尺寸与轴径很接近（d1.8ds）时，采用齿轮）时，采用齿轮轴（见轴（见1P29和和2P227）2）轴的轴向尺寸确定BCCmm及零件拆装空间间轴承旁联接螺栓扳手空）零件宽靠（轴长轴上零件的轴向定位可度）承，联轴器，齿轮等宽轴上零件的宽度（如轴润滑）轴承润滑方式（油或脂轴向尺寸取决于21323)设计思路：设计思路：（边计算，边画图，边设计）（边计算，边画图，边设计）以箱体内壁为基准以箱体内壁为基准（1）确定轴承在轴承座孔内位置（确定轴承在轴承座孔内位置（即先定轴的支承点位置即先定轴的支承点位置）取决轴承的润滑方式取决轴承的润滑方式轴承采用何种润滑方式见轴承采用何种润滑

25、方式见1P1920或或2P324（2）确定轴承座孔长度确定轴承座孔长度LL=1+C1+C2+51箱盖壁厚，查箱盖壁厚，查1表表5-1C1,C2轴承旁螺栓扳手空间轴承旁螺栓扳手空间(凸缘尺寸凸缘尺寸)，查，查1表表5-1（3）确定半联轴器的位置确定半联轴器的位置半联轴器距箱体内壁距离半联轴器距箱体内壁距离=L+e+30420mm并演算空间并演算空间B是否足够是否足够e轴承端盖厚，查轴承端盖厚，查1P132B考虑零件的拆装空间考虑零件的拆装空间7565 1 151053或图图见壁脂润滑，轴承距箱体内壁油润滑，轴承距箱体内mmmm于润滑脂添加轴承采用脂润滑时，便装（螺钉长度）轴承盖上联接螺钉的拆联轴

26、器安装尺寸）联轴器上零件拆装（查举例说明（以图5-7为例）中间轴和第三根轴:设计方法同上，考虑低速轴轴径不能过小而使刚度降低，则一般低速轴的dmin高速轴的dmin+510mm四、四、轴的强度校核计算轴的强度校核计算减速器装配草图（图减速器装配草图（图5-7）完成后，找出各轴的受力）完成后，找出各轴的受力点和支点，进行弯扭合成强度校核计算点和支点，进行弯扭合成强度校核计算五、五、滚动轴承寿命校核计算滚动轴承寿命校核计算六、六、键的选择及校核计算键的选择及校核计算第五讲第五讲减速器装配图绘制减速器装配图绘制（见（见1P28）此前，应完成此前，应完成1P27图图5-7装配草图，轴承、齿轮、轴承端盖

27、、装配草图，轴承、齿轮、轴承端盖、联轴器、键等已选好，各零件强度已校核合格。联轴器、键等已选好，各零件强度已校核合格。一、选图样比例和视图布置一、选图样比例和视图布置（见（见1P23图图5-4，P48图图5-22）二、减速器装配图绘制二、减速器装配图绘制先先在图纸上画出减速器装配草图（在图纸上画出减速器装配草图（P27图图5-7）1轴系零件的结构设计轴系零件的结构设计（见（见1P28）在俯视图上画出各轴系零件（齿轮、轴承、轴承端盖等）的在俯视图上画出各轴系零件（齿轮、轴承、轴承端盖等）的详细结构详细结构注：注：轴系结构常见错误见轴系结构常见错误见1P43表表5-52减速器箱体结构设计减速器箱体

28、结构设计（见（见1P29）绘制思路：绘制思路：先箱体后附件；先主体后局部；先轮廓后细节；先箱体后附件；先主体后局部；先轮廓后细节；画图应在三个视图上同时进行画图应在三个视图上同时进行注：注：箱体结构常见错误见箱体结构常见错误见1P46表表5-93减速器附件设计减速器附件设计（见见1P32）窥视盖、通气器、油面指示器、起盖螺钉、定位销等窥视盖、通气器、油面指示器、起盖螺钉、定位销等的作用及结构的作用及结构注：注：减速器附件常见错误见减速器附件常见错误见1表表5-10在图纸上画出减速器装配草图（在图纸上画出减速器装配草图（P34图图5-15）4检查装配底图：检查装配底图：检查内容：检查内容：1P33三、完成减速器装配图三、完成减速器装配图（1P40）主要内容：尺寸标注，技术要求，技术特性，明